TW201415300A - 具有旋轉校正功能的動作感測裝置與方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種具有旋轉校正功能的動作感測裝置與方法，其藉由感測一參考光源與一動作待測物之相對移動以進行該動作待測物之動作感測，該動作感測裝置包含：一旋轉角度感測元件，設置於該動作待測物上，用以感測該動作待測物之旋轉以產生一旋轉資訊；一影像感測器，該影像感測器具有一相關之座標系統，該影像感測器擷取該參考光源之成像，並根據擷取之成像而在該影像感測器之座標系統上獲得一絕對座標；以及一座標轉換處理器，根據該旋轉資訊以及該絕對座標，對該絕對座標進行校正而產生校正後的座標。

Description

具有旋轉校正功能的動作感測裝置與方法

本發明係有關一種具有旋轉校正功能的動作感測裝置與方法，特別是指利用一重力感測器以輔助計算參考光源與動作待測物之相對運動之一種動作感測裝置與方法。

近來許多電子互動系統提供使用者遊戲搖桿或遙控器，以進行更多樣動作感應之操作，其中多運用一外部參考光源以輔助計算外部參考光源與遊戲搖桿或遙控器間之相對運動。

參考第1圖，第1圖為光學式指標控制裝置10之先前技術示意圖。其中遙控器12上設置影像感測分析元件121以擷取從參考光源11形成之光影像。當遙控器12左右擺動時，此光影像會隨之而改變在影像感測分析元件121上成像之位置，如此就可計算出遙控器12相對於參考光源11的對應運動位移量。

然而，使用者握持遙控器12時，遙控器12不一定相對於參考光源11而呈水平的狀態，事實上使用者通常握持遙控器12時都會有某種角度的旋轉，此旋轉會造成影像感測分析元件121上成像之移動方向判斷錯誤，成像之相對移動會因旋轉而改變方向，例如，遙控器12相對於地表面的水平移動，由於使用者握持遙控器12時的旋轉，使得參考光源11在影像感測分析元件121上之成像位置卻呈斜向移動，因而造成誤判。雖然，使用者可謹慎地操控遙控器12而減緩此誤判，但造成使用不便且操作生硬，降低使用者的互動樂趣。

本發明係針對以上先前技術的缺點，提供一種動作感測裝 置，兼具設計簡易以及操作方便之優點。特別是當遙控器具有旋轉角度時，依然能感測光影像而反饋推算遙控器之運動狀態之動作感測裝置。

本發明提出一種具有旋轉校正功能的動作感測裝置，其藉由感測一參考光源與一動作待測物之相對移動以進行該動作待測物之動作感測，該動作感測裝置包含：一旋轉角度感測元件，設置於該動作待測物上，用以感測該動作待測物之旋轉以產生一旋轉資訊；一影像感測器，該影像感測器具有一相關之座標系統，該影像感測器擷取該參考光源之成像，並根據擷取之成像而在該影像感測器之座標系統上獲得一絕對座標；以及一座標轉換處理器，根據該旋轉資訊以及該絕對座標，對該絕對座標進行校正而產生校正後的座標。

上述動作感測裝置中，該旋轉角度感測元件可包含重力感測器、陀螺儀或電子羅盤。

上述動作感測裝置可進一步根據該動作待測物移動前後的座標，計算位移。

上述動作感測裝置中，該影像感測器設置於該動作待測物內部，而該參考光源設置於該動作待測物外部；或該影像感測器設置於該動作待測物外部，而該參考光源設置於該動作待測物內部。

該動作待測物可更包含一振動馬達，一語音元件或一音效元件，設置於該動作待測物內。

在其中一種實施型態中，該參考光源具有一發光元件和一光學鏡片，該光學鏡片改變該發光元件之光路徑以增加該參 考光源之發光角度。

就另一觀點言，本發明也提供一種具有旋轉校正功能的動作感測方法，其藉由感測一參考光源與一動作待測物之相對移動以進行該動作待測物之動作感測，該動作感測方法包含：感測該動作待測物之旋轉以產生一旋轉資訊；將參考光源映射於一座標系統上以獲得一絕對座標；以及根據該旋轉資訊以及該絕對座標，對該絕對座標進行校正而產生校正後的座標。

根據需求，該校正後的座標可再轉換為另一座標系統的座標。

底下藉由對具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

第2圖為本發明一實施例之動作感測裝置20之示意圖，其藉由感測一參考光源21與一動作待測物22之相對移動以進行動作待測物22之動作感測，其中包含一旋轉角度感測元件(在本實施例中為重力感測器221)、一影像感測器222、以及一座標轉換處理器223。重力感測器221例如但不限於可利用微機電技術製作，影像感測器222例如但不限於可以是CMOS 影像感測器，而座標轉換處理器223則例如但不限於可為微處理器。

重力感測器221設置於動作待測物22上，並感測動作待測物22之旋轉動作(參照第3圖中α、α’、β、β’、γ、γ’)以產生一旋轉角度。在本實施例中，參考光源21設置於動作待測物22外部而影像感測器222設置於動作待測物22上，影像感測器222用以擷取外部參考光源21之成像，並根據該成像而得到絕對座標(可以是單數或複數座標)。舉例而言，影像感測器222具有一相關之座標系統，可對應於影像感測器222所擷取之整張影像，而外部參考光源21在影像感測器222之座標系統上的成像位置可佔據單數或複數像素，當其佔據單數像素時，該像素的座標位置即可作為所得的絕對座標，而若成像位置佔據複數像素時，可取一代表值作為所得的絕對座標(例如取一代表像素，或取該複數像素的中心、重心等)。

參照第4圖，其中顯示重力感測器221感測重力G之示意圖。其中重力感測器221在三個維度方向X、Y、Z上感測重力G之變化。重力G分別在三方向X、Y、Z上產生投影分量Gx、Gy、Gz，系統可利用投影分量Gx、Gy、Gz之變化來分析動作待測物旋轉之角度變化，以產生旋轉角度的相關資訊。

座標轉換處理器223根據影像感測器222所得的絕對座標，以及重力感測器221所提供有關旋轉的資訊，而對該絕對座標進行校正而產生校正後的座標。

此外，如有需要，座標轉換處理器223還可將該校正後的座標轉換為另一座標系統的座標。舉例而言，該校正後的座標 可以是符合影像感測器解析度的座標系統，而該轉換後的座標則是符合一影像顯示裝置(未示出)之解析度的座標系統。當然，此僅為舉例，座標轉換處理器223可依其他需求而將該校正後的座標作符合需求的轉換。

動作待測物22例如但不受限於為遙控器或搖桿，當動作待測物22被使用者移動時，影像感測器222所擷取參考光源21之光影像會相對移動。根據移動前後的座標，即可計算出位移。此位移可用以產生控制資訊，例如控制一影像顯示裝置(未示出)上游標的移動、或遊戲人物的動作等。動作感測裝置20可藉由有線或無線之方式連接於該影像顯示裝置。

由於座標和位移係由參考光源21和影像感測器222的相對關係所決定，因此，參考光源21和影像感測器222的設置位置是可以互換的。亦即，可將參考光源21設置於動作待測物22上，而將影像感測器222設置於動作待測物22的外部。影像感測器222所擷取的影像，可以用有線或無線之方式傳遞給座標轉換處理器223；而座標轉換處理器223除了設置在動作待測物22的內部外，也可改設置於動作待測物22的外部。

產生旋轉資訊的方式不限於使用重力感測器；任何可產生旋轉資訊的元件皆可使用，例如陀螺儀(gyro-sensor)、電子羅盤(e-compass)等。

此外，動作感測裝置20可又包含一振動馬達(圖式未顯示)，此振動馬達可設置於動作待測物22內。當動作待測物22接收一振動指令，振動馬達可使動作待測物22產生振動以增加互動效果。例如：互動遊戲之特定動作如撞擊，又例如模擬顛簸路面等，皆可利用振動馬達可增加使用者之互動感。

上述動作感測裝置中，宜又包括包含一語音元件或一音 效元件，語音元件或音效元件係設置於動作待測物22內。使用者可例如藉由語音元件進行指令操控，例如執行顯示螢幕畫面之換頁，或進入遊戲之下一階段等操作。音效元件之作用藉動作待測物22產生音效，其可例如增加音場效果，又例如當使用者尋找動作待測物22時，藉由特定指令以命令音效元件發音提醒動作待測物22之位置等。

又，參考光源21可為點光源、線光源或面光源；在其中一個實施例中，請參考第2圖，參考光源21可至少具有一發光元件211以及一光學鏡片212，光學鏡片212設置於發光元件211前，用以改變發光元件211之光路徑以增加參考光源21之發光角度。其中光學鏡片212可具有擴張光源之散光角度之效果，使光影像可感測角度增大。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，參考光源之光源發光頻率可為連續發光或間歇發光；重力感測器與陀螺儀或電子羅盤等可以不限於僅用其一，而可兩者以上結合以比對所感測結果來確認旋轉角度等，以上皆屬在本發明之相同精神下的各種等效變化，均應包含在本發明的範圍之內。

10‧‧‧光學式指標控制裝置

11‧‧‧參考光源

12‧‧‧遙控器

121‧‧‧影像感測分析元件

20‧‧‧動作感測裝置

21‧‧‧參考光源

211‧‧‧發光元件

212‧‧‧光學鏡片

22‧‧‧動作待測物

221‧‧‧重力感測器

222‧‧‧影像感測器

223‧‧‧座標轉換處理器

G‧‧‧重力

Gx、Gy、Gz‧‧‧投影分量

α、α’、β、β’、γ、γ’‧‧‧旋轉動作

X、Y、Z‧‧‧方向

第1圖為先前技術之光學式指標控制裝置之示意圖。

第2圖為本發明一實施例之動作感測裝置之示意圖。

第3圖為動作待測物之旋轉動作之示意圖。

第4圖為重力感測器進行感測重力之投影分量之示意圖。

20‧‧‧動作感測裝置

21‧‧‧外部參考光源

211‧‧‧單獨點光源

212‧‧‧光學鏡片

22‧‧‧動作待測物

221‧‧‧重力感測器

222‧‧‧影像感測器

223‧‧‧座標轉換處理器

Claims (12)

1. 一種具有旋轉校正功能的動作感測裝置，其藉由感測一參考光源與一動作待測物之相對移動以進行該動作待測物之動作感測，該動作感測裝置包含：一旋轉角度感測元件，設置於該動作待測物上，用以感測該動作待測物之旋轉以產生一旋轉資訊；一影像感測器，該影像感測器具有一相關之座標系統，該影像感測器擷取該參考光源之成像，並根據擷取之成像而在該影像感測器之座標系統上獲得一絕對座標；以及一座標轉換處理器，根據該旋轉資訊以及該絕對座標，對該絕對座標進行校正而產生校正後的座標。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測裝置，其中該旋轉角度感測元件包含重力感測器、陀螺儀或電子羅盤。
3. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測裝置，其中該動作感測裝置根據該動作待測物移動前後的座標，計算位移。
4. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測裝置，其中該影像感測器設置於該動作待測物內部，而該參考光源設置於該動作待測物外部；或該影像感測器設置於該動作待測物外部，而該參考光源設置於該動作待測物內部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測裝置，其中該動作待測物包含一振動馬達，該振動馬達設置於該動作待測物內。
6. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測裝置，其中該動作待測物包含一語音元件或一音效元件，該語音元件或該音效元件設置於該動作待測物內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測裝置，其中該參考光源具有一發光元件和一光學鏡片，該光學鏡片改變該發光元件之光路徑以增加該參考光源之發光角度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測裝置，其中該座標轉換處理器將該校正後的座標轉換為另一座標系統的座標。
9. 一種具有旋轉校正功能的動作感測方法，其藉由感測一參考光源與一動作待測物之相對移動以進行該動作待測物之動作感測，該動作感測方法包含：感測該動作待測物之旋轉以產生一旋轉資訊；將參考光源映射於一座標系統上以獲得一絕對座標；以及根據該旋轉資訊以及該絕對座標，對該絕對座標進行校正而產生校正後的座標。
10. 如申請專利範圍第9項所述之動作感測方法，其中該動作待測物之旋轉係使用重力感測器、陀螺儀或電子羅盤所感測獲得。
11. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測方法，更包含：根據該動作待測物移動前後的座標，計算位移。
12. 如申請專利範圍第1項所述之動作感測方法，更包含：將該校正後的座標轉換為另一座標系統的座標。